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1、1 考点二电学实验实验七测定金属的电阻率 ( 同时练习使用螺旋测微器 ) 基础点1. 实验电路图与实物连接图2实验目的(1) 掌握螺旋测微器和游标卡尺的原理及读数方法。(2) 掌握电流表、电压表和滑动变阻器的使用方法及电流表和电压表的读数方法。(3) 会用伏安法测电阻，并能测定金属的电阻率。3实验原理根据电阻定律公式知道只要测出金属丝的长度和它的直径d， 计算出横截面积 S，并用伏安法测出电阻Rx，即可计算出金属丝的电阻率。4实验器材被测金属丝，直流电源 (4 V) ，电流表 (00.6 A) ，电压表 (03 V) ，滑动变阻器(50 )，开关，导线若干，螺旋测微器，毫米刻度尺。5实验步骤(
2、1) 直径测定：用螺旋测微器(或游标卡尺 ) 在被测金属丝上的三个不同位置各测一次直径，求出其平均值d，计算出金属丝的横截面积Sd24。(2) 电路连接：按如图所示的电路原理图连接好用伏安法测电阻的实验电路。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 16 页 - - - - - - - - - 2 (3) 长度测量：用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属丝的有效长度，反复测量 3 次，求出其平均值l 。(4)U 、I 测量：把滑动变阻器的滑片调节到使接入电路中的电阻值
3、最大的位置，电路经检查确认无误后，闭合开关S，改变滑动变阻器滑片位置，读出几组相应的电流表和电压表示数I 和 U的值，填入表格中，断开开关S，求出电阻 Rx的平均值。(5) 拆除实验线路，整理好实验器材。6数据处理(1) 在求 Rx的平均值时可用两种方法：用 RxUI分别算出各次的数值，再取平均值。用 U-I 图线的斜率求出。(2) 计算电阻率：将记录的数据 U 、 I 、 l 、 d 的值代入电阻率计算式RxSld2U4lI。重难点一、精密测量工具的使用1螺旋测微器(1) 构造：如图所示，它的测砧A和固定刻度 B固定在尺架 C上，旋钮 D 、微调旋钮 D 和可动刻度 E、测微螺杆 F 连在一
4、起，通过精密螺纹套在B上。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 16 页 - - - - - - - - - 3 (2) 原理：测微螺杆 F 与固定刻度 B之间的精密螺纹的螺距为0.5 mm，即旋钮 D每旋转一周， F前进或后退 0.5 mm，而可动刻度 E上的刻度为 50 等份，每转动一小格， F前进或后退 0.01 mm，即螺旋测微器的精确度为0.01 mm。读数时估读到毫米的千分位上，因此，螺旋测微器又叫千分尺。(3) 读数：测量时被测物体长度的整毫米数由
5、固定刻度读出，小数部分由可动刻度读出。测量值 (mm)固定刻度数 (mm)(注意半毫米刻度线是否露出)可动刻度数 ( 估读一位)0.01(mm)如图所示，固定刻度示数为 2.0 mm ， 不足半毫米而从可动刻度上读的示数为15.0 ，最后的读数为： 2.0 mm15.00.01 mm 2.150 mm。特别提醒螺旋测微器需要估读， 最后一位数字为估计数字， 读数和记数时估计位为有效数字的最后一位。2游标卡尺(1) 构造：主尺、游标尺 ( 主尺和游标尺上各有一个内、外测量爪) ，游标尺上还有一个深度尺 ( 如图所示 ) 。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - -
6、- - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 16 页 - - - - - - - - - 4 (2) 用途：测量厚度、长度、深度、内径、外径。(3) 原理：利用主尺的最小分度与游标尺的最小分度的差值制成。不管游标尺上有多少个小等分刻度， 它的刻度部分的总长度比主尺上的同样多的小等分刻度少1 mm 。常见的游标卡尺的游标尺上小等分刻度有10 格的、20 格的、 50格的，其读数见下表：(4) 读数：若用 x 表示从主尺上读出的整毫米数，K表示从游标尺上读出与主尺上某一刻线对齐的游标的格数， 则记录结果表示为 (x K精确度 )mm 。需要注意
7、的是，不管是哪种卡尺，K值均不需要向后估读一位。(5) 如图所示，有一游标卡尺，主尺的最小分度是1 mm ，游标上有 20 个小的等分刻度。 用它测量一工件的长度， 图示的读数为 104 mm 0.050 mm 104.00 mm 。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 16 页 - - - - - - - - - 5 特别提醒游标卡尺读数不需要估读，其测量结果的末位数字应为精确度的整数倍。如20分度的结果末位数只能是5 或 0。二、伏安法测电阻、电表连接方式的
8、选择1电流表的内接法和外接法的比较2. 两种电路的选择(1) 阻值比较法若 Rx? RV，宜采用电流表外接法；若 Rx? RA，宜采用电流表内接法。(2) 临界值计算法名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 16 页 - - - - - - - - - 6 RxRVRA时，用电流表外接法；Rx RVRA时，用电流表内接法。(3) 实验试探法： 按如图所示接好电路， 让电压表一个接线柱P先后与 a、b 处接触一下，如果电压表的示数有较大的变化，而电流表的示数变化不大
9、， 则可采用电流表外接法； 如果电流表的示数有较大的变化，而电压表的示数变化不大， 则可采用电流表内接法。三、常用电表的读数原则对于电压表和电流表的读数问题，首先要弄清电表量程， 即指针指到最大刻度时电表允许通过的最大电压或电流，然后根据表盘总的刻度数确定精确度，按照指针的实际位置进行读数即可。(1)0 3 V 的电压表和 03 A 的电流表的读数方法相同，此量程下的精确度分别是 0.1 V 和 0.1 A ，看清楚指针的实际位置，读到小数点后面两位。(2) 对于 015 V 量程的电压表，精确度是0.5 V ，在读数时只要求读到小数点后面一位，即读到0.1 V 。(3) 对于 00.6 A
10、量程的电流表，精确度是0.02 A ，在读数时只要求读到小数点后面两位，这时要求“半格估读”，即读到最小刻度的一半0.01 A 。四、误差分析1系统误差(1) 采用伏安法测量金属丝的电阻时，由于采用的电流表外接法，测量值小于真实值，使电阻率的测量值偏小。(2) 由于金属丝通电后发热升温，会使金属丝的电阻率变大，造成测量误差。2偶然误差(1) 金属丝的横截面积是利用直径计算而得的，直径的测量是产生误差的主要来源之一。(2) 金属丝的长度测量、电流表和电压表的读数等均会带来偶然误差。五、注意事项1螺旋测微器的使用(1) 测量前必须校对零点。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - -
11、- - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 16 页 - - - - - - - - - 7 (2) 测量时，当测微螺杆F 将要接触被测物体时，要停止使用旋钮D，改用微调旋钮 D ，当听到“咔、咔”声后，停止转动，以避免P和被测物体间产生过大的压力。(3) 螺旋测微器应估读一位，即以mm 作单位，应读到小数点后面第三位。2测定金属的电阻率(1) 测量被测金属导线的有效长度，亦即电压表两端点间的待测导线长度，测量时应将导线拉直，反复测量三次，求其平均值。(2) 本实验中被测金属导线的电阻值较小，因此实验电路一般采用电流表外接法
12、。(3) 实验连线时，应先从电源的正极出发，依次将开关、电流表、待测金属丝、滑动变阻器连成干路，然后再把电压表并联在待测金属丝的两端。(4) 电流不宜太大 ( 电流表用 00.6 A量程) ，通电时间不宜太长，以免金属丝温度升高，导致电阻率在实验过程中变大。(5) 闭合开关 S之前，一定要使滑动变阻器的滑片处在有效电阻值最大的位置。六、实验改进在本实验中， 由于电表内阻的影响， 使金属丝电阻的测量值偏小，可以改进实验电路，消除由于电表内阻的影响而带来的实验误差。1等效替换法如图所示电路， R为电阻箱， Rx为待测电阻，通过调节电阻箱R，使单刀双掷开关 S分别接 1 和 2 时，电流表的示数相同
13、，则有RxR，即可测出 Rx。2附加电阻法如图所示电路， R1为一阻值较大的定值电阻，Rx为待测电阻。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 16 页 - - - - - - - - - 8 (1) 断开开关 S2，闭合开关 S1，调节变阻器 R，使电流表、电压表都有一个适当读数，记下两表读数I1、U1。(2) 保持变阻器 R不变，再闭合 S2，记下两表的读数I2、U2。(3) 待测电阻 RxU1I1U2I2。 考法综述 本实验为高考热点实验之一，因为涉及到了测量
14、工具刻度尺( 毫米)、螺旋测微器的使用，以及伏安法测电阻、滑动变阻器限流式接法等，所以较为热门。 但应注意这些技法在其他创新实验中的组合应用。复习本实验时应以掌握基础为原则，应掌握：2 种工具螺旋测微器、游标卡尺2 种方法内接法、外接法1 个原则常用电表的读数原则命题法 1 两种测量工具的使用典例 1 某同学测量一个圆柱体的电阻率，需要测量圆柱体的尺寸和电阻。(1) 分别使用游标卡尺和螺旋测微器测量圆柱体的长度和直径，某次测量的示数如图甲和图乙所示，长度为_cm ，直径为 _mm 。(2) 按图丙连接电路后，实验操作如下：将滑动变阻器 R1的阻值置于最 _处( 填“大”或“小” )；将 S2拨
15、向接点 1，闭合 S1，调节 R1，使电流表示数为I0；名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 16 页 - - - - - - - - - 9 将电阻箱 R2的阻值调至最 _(填“大”或“小” )；S2拨向接点 2；保持R1不变，调节 R2，使电流表示数仍为I0，此时 R2阻值为 1280 。(3) 由此可知，圆柱体的电阻为_。 答案 (1)5.01 5.315 (2) 大大(3)1280 解析 (1) 长度为(50 mm10.1 mm) 50.1 mm5.01
16、 cm ；直径为 (5.0 mm31.50.01 mm)5.315 mm。(2) 本实验的实验原理为等效替代法，在实验操作过程中，为了保证安全，要求电路接通时电路中的电流尽可能小，即应使可调电阻的阻值最大。【解题法】游标卡尺的读数技巧游标卡尺的读数方法：“三看”(1) 第一看精确度例如( 如图 1 所示) 图 1 易错读成 11 mm 40.1 mm 11.40 mm正确的应为 11.4 mm，游标卡尺不需估读，后面不能随意加零，也不能随意去零。例如( 如图 2 所示) 图 2 易错读成 10 mm 120.05 mm10.6 mm，正确的应为 10.60 mm。(2) 第二看游标尺上的0 刻
17、度线位置，区分零刻度与标尺最前端例如( 如图 3 所示) 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 16 页 - - - - - - - - - 10 图 3 易错读成 11 mm 100.05 mm11.50 mm 正确读数为 14 mm 100.05 mm14.50 mm (3) 第三看游标尺的哪条 ( 第 N条) 刻度线与主尺上的刻度线对齐，主尺上的单位为厘米，主尺上标识的1、2、3 等数字通常是指厘米，读数时应将毫米和厘米分清，游标卡尺主尺上的最小刻度是1
18、mm 。例如( 如图 4 所示) 图 4 易错成 (5 40.05) mm5.20 mm 正确读数为 (5040.05) mm50.20 mm 命题法 2 实验原理、方法与技能典例 2 在“测定金属的电阻率”实验中，所用测量仪器均已校准，待测金属丝接入电路部分的长度约为50 cm。(1) 用螺旋测微器测量金属丝的直径，其中某一次测量结果如图1 所示，其读数应为_mm( 该值接近多次测量的平均值) 。(2) 用伏安法测金属丝的电阻RX。实验所用器材为：电池组(电动势 3 V，内阻约名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名
19、师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 16 页 - - - - - - - - - 11 1 )、电流表 ( 内阻约 0.1 )、电压表 ( 内阻约 3 k)、滑动变阻器 R(020 ，额定电流 2 A) 、开关、导线若干。某小组同学利用以上器材正确连接好电路，进行实验测量，记录数据如下：次数1 2 3 4 5 6 7 U/V 0.10 0.30 0.70 1.00 1.50 1.70 2.30 I/A 0.020 0.060 0.160 0.220 0.340 0.460 0.520 由以上实验数据可知，他们测量RX是采用图 2 中的_图( 选填“甲”或“乙”)。(3)
20、图 3 是测量 RX的实验器材实物图，图中已连接了部分导线，滑动变阻器的滑片 P置于变阻器的一端。请根据(2) 所选的电路图，补充完成图3 中实物间的连线，并使闭合开关的瞬间，电压表或电流表不至于被烧坏。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 16 页 - - - - - - - - - 12 (4) 这个小组的同学在坐标纸上建立U-I 坐标系，如图 4 所示，图中已标出了与测量数据对应的 4 个坐标点。请在图4 中标出第 2、4、6 次测量数据的坐标点，并描绘
21、出 U-I 图线。由图线得到金属丝的阻值RX_(保留两位有效数字)。(5) 根据以上数据可以估算出金属丝电阻率约为_(填选项前的符号 ) 。A1102m B1103mC1106m D 1108m(6)( 多选)任何实验测量都存在误差。本实验所用测量仪器均已校准，下列关于误差的说法中正确的选项是_(有多个正确选项 ) 。A用螺旋测微器测量金属丝直径时，由于读数引起的误差属于系统误差B由于电流表和电压表内阻引起的误差属于偶然误差C若将电流表和电压表的内阻计算在内，可以消除由测量仪表引起的系统误差D用 U-I 图象处理数据求金属丝电阻可以减小偶然误差 答案 (1)0.397(0.3950.399 均
22、可) (2) 甲(3) 如图 5 所示名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 16 页 - - - - - - - - - 13 (4) 如图 6 4.5(4.3 4.7) (5)C (6)CD 解析 (1) 千分尺读数：固定刻度值旋转刻度格数0.01 mm039.70.01 mm 0.397 mm。(2) 由测的 U 、I 值得 RX约 5 ，乙图提供的最小电压UERXRXRRAr0.6 V ，故选用甲图电路。 (3)见答案图 5 所示。(4) 描点后可见，第
23、 6 次测量误差很大，舍去，作过O点的直线将其余 6 个点拟合到直线上，如答案图6 所示。RXUI4.5 。(5) 由 RlS，RSl1.1106m ，故选 C。(6) 由于观察角度及观察能力不同，对测微器读数产生偶然误差，选项A错误；名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 16 页 - - - - - - - - - 14 电流表和电压表不可能成为理想电表，对测量带来的误差是不可避免的，属于系统误差，选项 B错误；电压表内阻的分流，是产生系统误差的原因，如果将
24、其电阻计算在电路内，如前面实验电路，R测RVRXRVRX，RXRVR测RVR测，即可消除系统误差。【解题法】实物图连线的原则与技巧(1) 总的原则：先串后并，接线到柱，注意量程和正负。(2) 对限流电路，只需用笔画线当做导线，从电源正极开始，把电源、开关、滑动变阻器、“伏安法”部分依次串联起来即可(注意电表的正负接线柱和量程，滑动变阻器应调到阻值最大处) 。(3) 对分压电路，应该先把电源、开关和滑动变阻器的全部电阻丝三部分用导线连接起来，然后在滑动变阻器电阻丝两端之中任选一个接头，比较该接头和滑动头的电势高低， 根据“伏安法”部分电表正负接线柱的情况，将“伏安法”部分接入该两点间。 (注意滑
25、动变阻器应调到使“伏安法”部分所接两点间阻值最小处) 命题法 3 实验的迁移、拓展与创新典例 3 有一根细长而均匀的金属管线样品，长约为60 cm ，电阻大约为 6 ，横截面如图甲所示。(1) 用螺旋测微器测量金属管线的外径，示数如图乙所示，金属管线的外径为_mm ；(2) 现有如下器材：A电流表 ( 量程 0.6 A ，内阻约 0.1 )B电流表 ( 量程 3 A，内阻约 0.03 )C电压表 ( 量程 3V，内阻约 3 k )D滑动变阻器 (1 750 ， 0.3 A) E滑动变阻器 (15 ， 3 A) F蓄电池 (6 V ，内阻很小 ) 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - -
26、 - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 16 页 - - - - - - - - - 15 G 开关一个，带夹子的导线若干要进一步精确测量金属管线样品的阻值，电流表应选 _，滑动变阻器应选_。( 只填代号字母 ) (3) 请将如图所示的实际测量电路补充完整。(4) 已知金属管线样品材料的电阻率为，通过多次测量得出金属管线的电阻为R，金属管线的外径为d，要想求得金属管线内形状不规则的中空部分的横截面积 S，在前面实验的基础上，还需要测量的物理量是_(所测物理量用字母表示并用文字说明 ) 。计算中空部分横截面积的
27、表达式为S_。 答案 (1)1.125 0.00 1 (2)A E (3) 见解析图(4) 管线的长度 L d24LR 解析 (1) 螺旋测微器的读数为： 1 mm 0.0112.5 mm1.125 mm。(2) 因样品阻值约为 6 ，电压表的量程为3 V，故电流最大约为0.5 A ，电流表应选 A。为调节方便，滑动变阻器应选用总阻值与样品相差不大的E。(3) 因 Rx6 ，RARV300 ，故测量电路应为外接法电路。因滑动变阻器的总阻值大于样品阻值， 且实验中不需从零调节， 故控制电路为限流接法， 如图所示。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - -
28、 - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 16 页 - - - - - - - - - 16 (4) 设金属管线长度为L， 由导体电阻公式得RLd22S。 可得 Sd24LR，所以需要测量金属管线的长度L。【解题法】实验原理与器材使用的创新(1) 实验原理的创新教材中实验是测量金属丝的电阻率，实验也可采用教材实验的原理测定导线的长度、横截面积等。考查本实验的题目还可以将测金属丝的电阻率，改为测圆柱体金属、 圆桶形薄片、电解液等的电阻率。测量电阻时还可应用等效替代法、半偏法、多用电表、电桥法、双电流表法、双电压表法等。(2) 实验器材的创新实验如考虑导线电阻Rx较小，可不直接测量Rx的阻值，而是测量Rx与定值电阻的串联阻值。实验中若没有螺旋测微器测电阻丝的直径，可将电阻丝紧密的缠绕在圆柱形铅笔上 3050 匝，测总长度，然后求出直径。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 16 页，共 16 页 - - - - - - - - -